陕西省水土资源潜力评价

王稳江, 闫小红

(杨凌职业技术学院, 陕西 杨凌 712100)

水是生命之始,土是万物之源。两者之间相互影响,要充分发挥土地资源的生产力,水资源是必不可少的条件[1]。一方面,土地资源和农业生产受到农业水资源的直接影响,科学合理地调配水资源至关重要;另一方面,土地资源的使用与水资源的运用也存在着相互制约作用,高效利用土地、合理开发水资源,可以保障水土资源可持续利用和发展,为经济社会和现代农业的发展作出重大贡献。水土资源的匹配程度,对于合理开发利用水资源和农业土地资源具有重要意义。

目前,国内外关于此方面的研究较多,大多聚焦于农业水资源利用潜力的开发方面,对水土资源的耦合效应研究开展较少[3-5]。研究探讨的潜力评价模型都还是集总式的[6-7]。本研究依据陕西省12个地市从2000年到2019年连续20年的水资源和农业土地资源数据,分析计算水土资源潜力状况,构建水土资源匹配系数,解析陕西省水土资源匹配格局,并利用ArcGIS软件实现空间可视化[8],对研究区域开展时空差别研究,为陕西省水土资源的潜力研究提供新的思路与方向。

1 数据来源和方法

1.1 数据来源

本研究采用陕西省西安市、安康市、汉中市等11市和杨凌示范区的农业用水量和农业水土相关资料。资料来源是《陕西省统计年鉴》及《陕西省水资源公报》,选取资料的时间长度为 2000-2019年。

1.2 水土资源评价方法

1.2.1 基尼系数 基尼系数法是一种评估两种资源空间分布匹配水平高低的方法[2]。本研究构建陕西洛伦兹曲线计算基尼系数,评价陕西各市区水土资源匹配状况。

1.2.2 水土资源匹配指数 评价陕西省农业水土资源匹配水平也就是计算水土资源匹配指数。水土资源匹配指数的值越大,表明此地区水资源能够满足耕地资源的水平就越高,进一步就说明该地的农业生产条件越优越。反之,就越差。其计算模型[9-10]为:

MFi=Wi·αi/Fi(i=1,2,3···n)

(1)

MFi为i市水土资源匹配指数;Wi为i地水资源可利用量;αi为i地农业用水量占总用水量的比值;Fi为i地耕地面积,hm2;n为陕西省地市数目,本文为12。陕西省农业水土资源匹配系数MF其计算模型[11]为:

(2)

2 结果与分析

2.1 农业用水量

根据陕西省水资源公报中2000-2019年内农业和农村用水量统计,农村用水包括农村生活用水。

人均农业用水量反映各评价单元之间农业人口用水公平性。发展的公平性原则不仅表现在水资源利用的数量、质量和时间的公平性,还应体现在水资源空间分配的公平性。用水量越少,对公平性的贡献度越大。

2.2 耕地面积

由图1可知,2006年人均耕地面积由0.085 3 hm2下降到0.074 7 hm2,不到世界人均水平的一半。20年间陕西耕地面积从2000年到2006年呈递减趋势,减少了330.66 khm2,2006年到2019年耕地面积缓慢震荡增加,增加了227.22 khm2。另外从耕地质量来看,全省耕地中旱地占总耕地面积的69.1%,25度以上耕地占总耕地面积的23.5%,耕地质量水平总体不高。

2.3 耕地均水量

根据陕西省 2000-2019年连续20年平均水土资源各市区数据如表1所示。依据该表的数据制作了陕西省水土资源分布图和耕地资源分布图(如图2所示)。

表1 陕西省连续20年平均水土资源各市区数据

图2 陕西省水土资源分布图

图2显示:陕西省各个地市的水资源空间分布不均,水资源量呈现中间少两边多,南方水资源较多的特点;陕西省各市区的耕地分布图,大体上呈现“北多南少”的特征。

在安康市和汉中市,表现出了“水多地少”的情况,其中汉中市最为明显,水资源量全省第一,但耕地面积全省排第七,单位面积所拥有的水资源总量为5.31,在陕西省中比例最高;咸阳、渭南表现出“地多水少”的特点,水土资源分布呈错位现象,严重制约了陕西省农业生产和水土资源的可持续利用。

2.4 基尼系数

计算陕西省12个区域基尼系数,建立的洛伦兹曲线如图3所示。

图3 陕西省12市(区)水土资源洛伦兹曲线图

从图3得出,洛伦兹曲线从开始到韩城市的弯曲程度较大,表明陕西水土资源匹配不均,同时与表1数据相契合。如汉中市和安康市的可利用水资源总量占全省的62.74%,但耕地面积占比是14.02%;渭南市的耕地面积占全省的 18.05%,在全省内居第二,但水资源可利用量仅占陕西省的2.82%。其中的比例达近8倍,为全省最高。通过MF模型求解,陕西水土资源匹配基尼系数G=0.729 88,与全国平均为G=0.566 4和全世界的平均G=0.586 4相比较,陕西省水资源和土地资源匹配相对较差。

2.5 水土匹配指数

基于表1统计数据,由公式(1)计算陕西省各市区的水土资源匹配系数,如表2所示。

表2 陕西省各市水土资源匹配系数

由公式(2)计算得到了陕西省的水土资源匹配系数是0.77×104m3/hm2。

由表2可以看出,汉中市的匹配系数远远大于其他地区,将汉中市的匹配系数去除,重新计算得到陕西省水土资源匹配系数为0.43×104m3/hm2。全国的水土资源匹配系数是0.54×104m3/hm2,将陕西省和全国的数据相比较可以看出,陕西省其他地市的水土资源匹配程度较差,这个结果与使用基尼系数法计算得到的结果是一致的。

为了直观展现水土资源匹配程度的差异性,对陕西12市区依照水土资源匹配系数的集聚与离散的分异特征,采用自然间断点法分级,匹配状况极差(0.06～0.13),匹配状况较差(0.13～0.26),匹配状况相对合理(0.26～0.46),匹配状况较好(0.46～0.82),匹配状况极好(0.82～4.17),利用ArcGIS制作实现了陕西省单位面积水资源分布图,如图4所示。

图4 陕西省单位面积水资源分布图

图4显示:陕西省内水土资源匹配系数在各个地市具有明显的差异性,其中匹配系数最高的为汉中市(4.17),匹配系数最低的是铜川市(0.06),前者是后者的近70倍,形成了南部安康市、汉中市、商洛市、宝鸡市水土资源匹配状况优于西安市、榆林市、渭南市、杨凌示范区、咸阳市、韩城市、延安市、铜川市的水土资源匹配格局。南部地区匹配系数较高、水土资源匹配状况较好,而中北部地区匹配指数偏低、水土资源匹配性差,整体进行计算,陕西省水土资源匹配系数为 0.77∈[0.46～0.82],匹配状况较差。

3 结论与讨论

3.1 结论

通过研究计算得到陕西省多年平均水土资源匹配的区域基尼系数为G=0.729。根据其他文献资料得到全国其他省份的水土资源匹配的区域基尼系数平均为G=0.566,世界其他国家的水土资源匹配区域基尼系数G=0.586,与全国和世界的基尼系数相比较,陕西省水资源和土地资源匹配相对较差,但基尼系数有较大幅度高于警戒线 0.4,水土资源潜力有比较大的提升空间。

陕西省水土资源匹配系数在各个地市具有明显的差异性,水土资源匹配状况从优到差依次为汉中市、安康市、商洛市、宝鸡市、西安市、榆林市、杨凌示范区、渭南市、咸阳市、延安市、韩城市、铜川市,南部地区水土资源匹配状况优于中北部。总体来看,南部地区水量充沛,单位耕地面积水资源量丰盈,水土资源匹配程度较好,其中以汉中市为最优,安康市次之。

本文在计算时水资源数据采用的是各地市的多年平均水资源总量,确定了农业用水的份额,将农业用水和其他用水区分开来,对农业水土资源匹配状况的分析和指导粮食生产布局将更具有针对性。

针对陕西省总体水资源与土地资源不匹配以及地区之间匹配差异性较大等特征,可以进一步研究有针对性的水土资源匹配调控措施,如适度开采地下水的井灌方式等来保证其粮食生产,同时对地区居民积极进行节水宣传,提高水资源利用效率,更好地实现该地区水土资源的协调匹配。

3.2 讨论

水土资源潜力的影响因素复杂,一方面应该考虑耕地种植对于不同作物的适宜性;另一方面还应该考虑气候变化对研究区水资源量及作物产量的影响机制;水土资源的潜力利用涉及多种目标,需要进一步考虑社会效益和生态效益,经济效益目标和这两者之间的重要程度以及综合效益的合理表达方法;水土资源利用潜力评价中合适的尺度大小还有待探讨。